Алексей Толстой родился в 1883 году в городе Николаевск (ныне Пугачев) Саратовской области в семье графа Николая Толстого и детской писательницы Александры Бостром. Воспитывался в семье отчима, получил домашнее начальное образование.
В 1897 году семья переехала в Самару. После окончания самарского училища в 1901 году Николай поступил на отделение механики Технологического института в Санкт-Петербурге. В 1905 году дебютировал как поэт, затем опубликовал свой первый рассказ «Старая башня». Известность писателю принесли реалистические рассказы и повести из жизни разоряющегося поместного дворянства, цикл «Заволжье» (1909–1911), романы «Чудаки» (1911), «Хромой барин» (1912).
В годы Первой мировой войны работал военным корреспондентом газеты «Русские ведомости». В 1919 году эмигрировал во Францию, с 1921 года жил в Германии. В эмиграции были написаны роман «Хождение по мукам» («Сестры»), впоследствии ставший первой книгой известной трилогии, повести «Детство Никиты», «Лунная сырость» («Граф Калиостро») и фантастический роман «Аэлита».
В 1923 году вернулся в СССР. В 1920-х годах опубликовал пьесу «Бунт машин», рассказы «Черная пятница», «Мираж», «Голубые города», романы «Похождения Невзорова, или Ибикус», «Гиперболоид инженера Гарина» и другие.
В 1936 году написал повесть «Золотой ключик, или Приключения Буратино» по мотивам произведения итальянского писателя Карло Коллоди «Приключения Пиноккио». Книга вошла в Золотой фонд отечественной детской литературы.
В 1936–1938 годах Толстой возглавлял Союз писателей СССР. В 1938 году был утвержден членом Ученого совета Института мировой литературы им. Горького Академии наук. Принимал участие в работе редколлегий сборника исследований о Лермонтове, собрания сочинений Льва Толстого, был главой редколлегии «Полного свода фольклора народов СССР», академиком АН СССР.
В течение 16 лет Алексей Толстой работал над историческим романом «Петр I», так и не закончив его, в 1941–1943 годах была написана драматургическая дилогия «Иван Грозный».
Алексей Толстой был лауреатом Грибоедовской премии (1915), трижды лауреатом Сталинской премии, награжден орденом Ленина, орденами «Знак Почета» и Трудового Красного Знамени.
23 февраля 1945 года Алексей Толстой скончался. Похоронен на Новодевичьем кладбище.
Материал подготовлен на основе информации открытых источников